EEG et MEG Flashcards
Qui a inventé l’EEG ? En quoi elle consiste brièvement ?
Hans Berger. C’est une mesure non invasive de l’activité électrique du cerveau humain (avec des électrodes placées sur le scalpe).
Quelles ondes ont été découvertes par Hans Berger ?
Les ondes cérébrales de 8-13 Hz (ondes “berger”) et 14-30 Hz.
Qu’est-ce que Berger observait lors des premiers enregistrements de l’EEG en 1924 ?
La modulation des rythmes cérébraux, soit :
- Yeux ouverts VS yeux fermés
- Sommeil VS éveil
- Tâches mentales
- Sujets sains VS population clinique
Hans Berger est-il le premier à enregistrer l’activité électrique du cerveau ?
Non, mais c’était le premier à l’enregistrer de manière non-invasive.
1) Qui a conduit le premier enregistrement de l’activité électrique du cerveau ?
2) Comment faisait-il pour enregistrer cette activité ?
1) Richard Caton (en 1875) –> chirurgien britannique
2) De manière invasive… Il faisait des expérience sur des cerveaux exposés de singes et de lapin.
À la même époque que Richard Caton, en 1890, un autre chercheur fait des enregistrements de l’activité électrique du cerveau. Celui-ci n’était pas du tout au courant des travaux de ce dernier…
1) Qui est-il ?
2) Comment faisait-il pour enregistrer cette activité ?
1) Adolf Beck
2) En travaillant sur des cerveaux exposés de chiens (enregistrements invasifs)
Qui est le premier à confirmer publiquement les résultats de Hans Berger sur le rythme ______ (jusqu’ici connu sous le nom de “rythme Berger”)
C’est Edgar D.Adrian. Il étudie le rythme ALPHA
Je suis le premier qui a permis la première mise en place d’un système EEG à multiples électrodes (avant il n’y en avait que 1 à 2).
W. Gray Walter
En 1932, Edgar D.Adrian partage avec Charles Scott Sherrington le prix Nobel de quoi ?
Le prix Nobel de physiologie ou médecine pour leurs découvertes sur les fonctions des neurones.
Qu’invente W.Gray Walter en 1957 ?
Le Toposcope : permet une quantification bidimensionnelle des ondes cérébrales.
Fait une ligne du temps des pionniers de l’EEG.
1) R Caton (1875)
2) A Beck (1890)
3) H Berger (1924)
4) E D Adrian (1934)
5) W G Walter (1935)
L’EEG a beaucoup évolué depuis les travaux de Berger… À quoi ressemble un EEG aujourd’hui ?
- Ça a beaucoup plus d’électrodes (32/64/256)
- Peut être utilisé avec (majorité) ou sans gel ET avec (majorité) ou sans fil en fonction du besoin et du contexte (clinique/recherche, prix)
La MEG a une histoire plus courte que l’EEG, car c’est une technologie relativement récente…
1) Comment David Cohen a contribué à celle-ci ?
2) Qui invente le SQUID en 1970? C’est quoi ?
3) Que se passe-t-il de révolutionnaire en 1972 ?
1) Il réalise en 1968 le premier enregistrement (bruité) du signal magnétique cérébral (rythme alpha)
2) James Zimmermann … c’est une technologie qui permet de mesurer des champs magnétiques TRÈS petits pour permettre de mesurer l’activité magnétique du cerveau en temps réel
3) David Cohen effectue le premier enregistrement MEG (1 capteur) à l’aide d’un SQUID
10 Hz est équivalent à quoi en terme de fluctuations ?
10 cycles/seconde
À quoi ressemble la MEG aujourd’hui ?
C’est un système tête-entière (qui ne doit pas bouger) à plus de 200 capteurs qui est rempli d’hélium liquide très froid (4°K) pour permettre le phénomène de supraconductivité.
À quoi pourrait ressembler la MEG de demain ?
Ça serait un système, ressemblant à l’EEG, qui n’aurait plus besoin de la technologie de supraconductivité qui s’appellerait l’OPM-MEG –> Magnétomètre à pompage.
Cela permettrait le mouvement de la tête (utile avec étude des enfants), prendrait moins de place, permettrait de réduire le problème de pénurie d’hélium et faciliterait l’étude de deux personnes à la fois.
Comment est généré l’activité électrique du cerveau au niveau neuronal ?
L’origine du signal est électrochimique : la libération des NT dans la fente synaptique des neurones permet la conduction électrique d’un neurone à l’autre, ce qui crée les potentiels d’actions (PA).
En bref :
1) PA présynaptique
2) Libération de NT/ouverture des canaux ioniques
3) Création d’un courant local, soit le potentiel post-synaptique (PPS)
4) PPS soit :
- Dépolarisation (PPSE) –> excitateur, donc favorise le PA
- Hyperpolarisation (PPSI) –> inhibiteur, donc défavorise le PA
5) Donne lie à un nouveau PA
6) Boucle recommence
[RAPPEL]
En fonction du type de NT (GABA, Ach, sérotonine) relâché par le neurone pré-synaptique, et des récepteurs sur le neurone post-synaptique, l’ouverture des canaux ioniques mènera à soit une …
Dépolarisation –> PPSE –> Favorise un PA
OU
Hyperpolarisation –> PPSI –> Défavorise un PA
Les signaux EEG et MEG sont issu de quoi, ou plutôt, quel est l’origine du signal ?
Des sommations temporelles et spatiales des potentiels post-synaptique (PPS) des cellules pyramidales du cortex cérébral
V ou F : Ce sont les PA qu’on mesure au niveau du scalpe ?
Faux, on mesure les PPS
Quelle est la différence entre le potentiel d’action (PA) et le potentiel post-synaptique (PPS) ?
PA :
- DIMINUTION très RAPIDE du champ de potentiel généré par PA avec la DISTANCE
- Durée TROP BRÈVE (<5ms)
PPS:
- DIMINUTION MOINS rapide du champ de potentiel généré par le PPA avec DISTANCE
- Durée + LONGUE (10aines de msec)
Pourquoi le fait que les PPS ont une durée plus longue que les PA est un avantage pour mesurer les signaux EEG/MEG ?
Parce ce que pour faire une sommation, il faut avoir suffisamment de signal mesuré au niveau de la surface…
Alors, avec les PPS c’est plus facile d’avoir une synchronisation temporelle de l’activité d’un grand nombre de neurones nécessaire à une visualisation en EEG ou MEG.
Pourquoi le fait que les PPS une diminution moins rapide du champ de potentiel avec distance que les PA est un avantage pour mesurer les signaux EEG/MEG ?
Parce qu’il y a une distance considérable entre le cerveau et la surface du scalpe. Une diminution rapide du potentiel nuirait à l’enregistrement de l’EEG/MEG.
[RAPPEL : Le signal EEG et MEG est issu des sommations temporelle et spatiale des PPS des cellules pyramidales du cortex cérébral]
Pourquoi les cellules pyramidales ?
C’est vrm une question de géométrie…
Une organisation parallèle des neurones pyramidaux est plus favorable à la sommation spatiale des courants nécessaires à la visualisation en EEG/MEG.
Pour faire la comparaison …
- Pour une neurone ayant une configuration fermée (dendrites orientés radialement aka PAS en parallèle), si on a une activation à travers le PPS à différentes directions, la somme des flux de courants qui sont opposés vont s’annuler au lieu de s’additionner. Par conséquent, on ne peut rien mesurer à la surface.
- Pour une neurone ayant une configuration ouverte (aka en parallèle), s’il y a une activation +/- en même temps, l’activation peut s’ajouter BCP plus facilement et va générer un signal suffisamment fort pour que ça puisse laisser une trace au niveau de la surface.
À quoi sert la modélisation des courants neuronaux ?
À mieux comprendre comment le courant se crée au niveau de la surface.
1) Quel est le modèle le plus simple pour décrire le champ électrique/magnétique ?
2) À quoi ce modèle consiste-t-il ?
1) Le dipôle de courant
2) Permet de traduire le résultat de l’EEG/MEG pour savoir d’où vient ce courant. Pour ce faire, on modélise les assemblées de cellules pyramidales (source d’activité) comme étant un dipôle de courant. En imaginant la tête comme étant une sphère (modèle simple), par exemple, je peux connaître la position du dipôle (amplitude/orientation) de courant grâce à des équations mathématiques simple et savoir ce que ça pourrait faire au niveau de la surface.
Là, si on fait ça pour toutes les positions possibles de la tête, quand je vais mesurer l’activité EEG/MEG pendant que le sujet écoute de la musique, je vais pouvoir comparer ce que j’ai obtenu avec le modèle de dipôle le plus proche et savoir d’où vient la source de manière plus facile/précise.
Comment peut-on voir le dipôle de courant dans plusieurs échelles (micro, meso, macro)?
Micro : Assemblée de cellules pyramidales qui produisent des PPSE = dipôle de courant (permet de modéliser l’activité qui vient d’un endroit spécifique avec une orientation et une amplitude).
[Je fais quoi si l’activité que je mesure vient d’un patch plus large ?]
Meso : Je peux modéliser une région cérébrale PLUSIEURS dipôles.
Macro : On prend l’IRM d’un individu, on fait une segmentation pour permettre d’avoir un cerveau en 3D. Maintenant que je sais que, localement, l’activité pourrait être modélisé par un dipôle, je peux mettre des dipôles sur TOUT le cerveau. Permettrait de savoir, par exemple, parmi les 1000 dipôles sur la surface de la tête, quelles seraient les amplitudes de chacune (certaines plus actives que d’autres). Par la suite, on peut utiliser un code de couleurs (rouge = dipôle très actif/forte amplitude & bleu = contraire) pour avoir une idée de où l’activité est la plus forte au niveau cortex.
C’est quoi la différence entre un courant électrique et magnétique ?
Un est orthogonal à l’autre… En fait l’EEG et la MEG est le résultat du même phénomène physiologique à la base, se sont des méthodes complémentaires qui peuvent être combinés. (voir diapo 42 pour voir la différence dans les lignes de courant).
C’est quoi qu’on mesure dans l’EEG ? C’est quoi ce type de mesure ? Explique le principe.
C’est une mesure RELATIVE, on mesure la différence de potentiels à la surface du scalpe (10-100µV)
Quand on parle de potentiel, c’est toujours par rapport à une référence, donc il faut au minimum 2 électrodes : une qui mesure le champ électrique & une qui est la référence (ex: lobe de l’oreille).
Comment mesure-t-on le champ magnétique ?
Sachant que le dipôle va créer le champ magnétique, on prend une bobine, ce qui va faire que c’est le champ magnétique qui va INDUIRE un courant. Ensuite, c’est l’amplitude de ce courant qui va déterminer la force de celui-ci.
C’est quoi un SQUID ?
C’est un magnétomètre (donc un capteur de champ magnétique) basé sur des matériaux supraconducteurs qui doivent être refroidis pour fonctionner (avec de l’hélium).
[Instrumentation : EEG]
L’EEG a beaucoup évolué par rapport aux premiers modèles où il était tracé sur papier ! Comment a-t-il évolué? Quelles sont ses avantages ?
- Il y a une intégration de davantage de capteurs (jusqu’à 256), ce qui fait que …
- Le signal est de plus en plus rapide (on est capable d’avoir une mesure tous les <1ms) –> Fréquence correspondante à 1kHz ou 1000Hz.
- Fiable et facile à poser
[Instrumentation : EEG]
La mise en place des électrodes est basé sur quel système ?
Le système international 10-20
[Instrumentation : EEG]
Il faut se rappeler que pour mesurer le potentiel électrique, il faut des électrodes de référence… Comment fait-on le référencement ?
Soit pas la mesure monopolaire ou la mesure bipolaire
MESURE MONOPOLAIRE : constitué d’une série de dérivations monopolaires (la ddp enregistré entre électrode active et de référence).
MESRURE DIPOLAIRE : On prend la différence deux électrodes actives et on fait un re-référencement (on fait la différence entre chaque paire d’électrode)
À quoi ressemble l’instrumentation de la MEG ?
Le sujet est dans une chambre blindée (MSA) afin de protéger des interférences. Dans cette chambre, il y a l’appareil MEG qui contient, à l’intérieur, de l’hélium liquide très froid (4°K) afin de permettre le phénomène de supraconductivité (grâce au magnétomètre SQUID). Au niveau où le participant met sa tête, il y a des capteurs (vers l’intérieur de la machine) qui enregistrent l’activité magnétique.
Le champ magnétique du cerveau est TRÈS petit (1 000 000 x plus petit que le champ magnétique terrestre), ce qui fait que c’est difficile de le mesurer. Alors, avant de l’analyser, il faut nettoyer le signal MEG dans une étape de PRÉ-traitement.
[RAPPEL]
Quelle année était le premier EEG et le premier MEG ?
EEG = 1929 MEG = 1972
Quelles sont les principales différences entre l’EEG et la MEG ?
EEG vs MEG
- {Mesure le POTENTIEL électrique} VS [Mesure le CHAMP magnétique]
- {Réponse dipolaire PARALLÈLE à la direction du dipôle} VS [Réponse dipolaire PERPENDICULAIRE à la direction du dipôle]
- {Réponse DIFFUSE} VS [Réponse FOCALE]
- {TRÈS affectée par les tissus cérébraux} VS [PEU affectée par tissus cérébraux]
- {Sensible à TOUTES orientations} VS [Sélectif pour sources tangentielles]
- {Sensible aux sources profondes} VS [PEU sensible aux sources profondes]
- {Appareillage moins cher} VS [Appareillage coûteux]
Quelles sont les caractéristiques du rythme alpha ?
- Permet d’observer la vigilance
- Ondres entre 8-13 Hz
- Régions occipito-pariétales
(Le simple fait de fermer les yeux stimule cette région & va faire apparaître des oscillations aux alentours de 10Hz. Observé aussi quand somnolences)
(En fonction de l’état cognitif du participant, l’amplitude du signal alpha varie [réveillé/attentif VS somnolent/inattentif])
Quelles sont les caractéristiques du rythme mu ?
- Permet d’étudier le mouvement
- 7-11 Hz (très près de alpha)
- Régions centrales (sensorimotrices)
Le rythme mu et alpha ont des ondes très proches (7-11 Hz et 8-13 Hz). Comment peut-on faire la distinction entre les deux ?
En regardant quelle région est activée.. Si c’est la région occipito-pariétal, c’est un rythme alpha, si c’est la région sensorimotrice, c’est un rythme mu.
Quelles sont les caractéristiques du rythme thêta ?
- Le traitement cognitif de l’information (ex: calcul mental) joue un rôle dans son émergence. Plus de fluctuations quand il a un traitement cognitif.
[Lorsque nous regardons les résultats de l’EEG et de MEG, on se rend compte que les données sont vraiment bruitées. Par conséquent, analyser ces données telles quelles va donner des résultats de marde:)
Alors, la première étape consiste au prétraitement des données, soit traiter les éléments non-voulues]
Quelles sont les stratégies de prétraitements qui existent? À quoi elles consistent ?
a) Nettoyage d’artefacts : Un algorithme est appliqué sur les données qui va spécifiquement aller enlever quelque chose (ex: activité qui vient des clignements des yeux) SANS perdre les données
b) Rejet d’artéfact : Supprimer l’artéfact qui me dérange
À quoi correspond les activités évoqués ?
C’est le moyennage synchronisé de signaux évoqués par l’apparition d’un stimulus.
[En gros là … Un participants participe à une tâche cognitive : il effectue plusieurs essais dans une électrode où dans plusieurs animaux, appuyer sur un bouton quand la licorne apparaît. Individuellement, l’EEG de chaque essai est vrm bruité, mais ce que je peux faire, c’est de prendre, par exemple, 4 essais et les moyenner ensemble à partir du t=0. Là, l’EEG va être un peu plus clean, car ce qui est variable va s’annuler. Par contre, je pourrais le rendre encore plus clean si je moyenne 500 essais ! Le résultat de ce moyennage est le potentiel évoqué, soit ce qui est TOUJOURS là au travers des présentations]
1) Quelles sont les deux propriétés des réponses provoqués par une stimulation ?
2) Quelle nomenclature utilise-t-on pour caractériser ces ondes ?
1) La latence et l’amplitude
2)
- Nxxx = onde EEG négative pointant vers xxx ms
- Pxxx = onde EEG positive pointant vers xxx ms
- Mxxx = onde MEG pointant vers xxx ms (pas de + ou - en MEG)
Il est possible de faire un moyennage pour une électrode, mais on fait quoi quand on a plusieurs capteurs ?
La même chose en fait ! Plus je moyenne d’essais ensembles, plus ça devient clair.
Quand regarde les données EEG et en MEG, on peut faire soit une analyse à travers le temps (temporelle) avec les PE ou une analyse au travers des fréquences (fréquentielle ou spectrale) …
1) Quelle méthode est utilisée pour regarder ce qui se passe au niveau des fréquences ?
2) Est-il possible de combiner ces deux types d’analyses ?
1) Transformation de Fourrier (FFT)
2) Oui, en utilisant des graphiques (X=temps; Y=fréquence)
Quel type de représentation permet de voir la distribution des différentes puissances à travers la tête du participant ?
La représentation topographique (tous les canaux) par bandes [diapo 74]
Que permet la représentation Temps-Fréquence ?
À décomposer le contenu du signal EEG/MEG à travers le temps et les fréquences.
[Regarde l’exemple de la diapo 75]
C’est quoi la différence entre l’activité évoqué et l’activité induite ?
L’activité ÉVOQUÉE s’obtiens suite, dans un premier temps, au moyennage de tous les évènements, ce qui donne un potentiel évoqué. Cela va faire en sorte que tout ce qui est variable est écrasé. Ensuite, on peut faire une carte tempe-fréquence où on peut voir l’activité évoquée.
L’activité INDUITE s’obtiens en faisant, premièrement une carte T-F de chaque évènement et, deuxièmement, en moyennant celles-ci
Une étude, qui s’intéressait aux oscillations gamma dans le cortex occipital lors d’une tâche visuelle, consistait à montrer une image neutre (des trucs blancs et noirs) où quelque part il est possible de voir un dalmatien.
- Dans une condition de l’étude, les participants étaient naïfs, c-à-d, on leur présentait l’image neutre et ensuite, on leur indiquait où le dalmatien est.
- Dans l’autre condition, les participants n’étaient pas naïfs, c-à-d, on les “primais” en leur montrant à quoi ressemble le dalmatien. Par conséquent, c’est beaucoup plus facile de le trouver.
On compare ensuite les activités cérébrales.
1) Quels sont les résultats de l’étude ?
2) Pourquoi cette étude est particulièrement intéressante ?
1) L’activité gamma augmente si l’individu est entraîné/primé par rapport aux participants naïfs, car vu qu’il a déjà vu à quoi il ressemble, il y a une activation des représentations internes.
2) Parce que le stimulus regardé pour les deux groupes est exactement le même. Ce qui se passe dans le cerveau dans les deux conditions diffère juste par rapport au fait de savoir (ou non) ce que je cherche dans l’image.
1) Comment je peux, à partir d’un signal mesuré à la surface, inférer ce qui se passe au niveau de la source ?
2) Donne une définition de ce que c’est.
1) En faisant une estimation des signaux de sources
2) Estimation de l’activité et localisation des générateurs cérébraux à l’origine de l’activité mesuré au niveau de la surface
btw … estimation = reconstruction = localisation
